[发明专利]一种卷积插值耦合高斯混合模型快速三维荧光寻峰方法

说明书

本发明涉及三维荧光数据分析处理技术领域，具体涉及一种卷积插值耦合高斯混合模型快速三维荧光寻峰方法，包括如下步骤：导出三维荧光光谱原始数据，并进行瑞利散射、拉曼散射处理；对所述荧光光谱数据进行二维三次卷积插值，提高数据分辨率；利用主成分分析的统计方法，对卷积处理后的数据进行分析，判断成分数量；对处理后的光谱数据进行标准化或数据格式转换；采用高斯混合模型对光谱数据拟合并进行寻峰并输出可视化结果，本发明在提高分析精确度的同时减少时间成本，且通过对原始三维荧光光谱插值的手段，减少测量时的波段数，大大节约测量时间，非常适用于实时三维荧光分析。

技术领域

本发明涉及三维荧光数据分析处理技术领域，具体涉及一种卷积插值耦合高斯混合模型快速三维荧光寻峰方法。

背景技术

三维荧光光谱是一种运用物质荧光特性表征有机质理化性质的技术，其中三个维度分别代表激发、发射波长及对应荧光强度，通过记录在不同发射波长、激发波长位置上的荧光强度来获得样品随激发、发射波长同时变化时的光谱信息，并构建其光谱指纹，三维荧光技术有着快速、灵敏、选择性好等优点，常用于溶解性有机物质的检测，尤其适用于复杂、痕量溶解性有机样品的定性、定量分析，例如制药废水、消毒副产物等，现已广泛应用于环境、生物、化学等相关领域。

荧光技术虽然具有较高的灵敏度，但由于测量样品一般较复杂，多组分测定时通常会发生光谱重叠现象，人工肉眼寻峰方法存在较多主观因素，因此需要“数学分离”的技术，同时对存在的未知干扰的复杂性样品进行快速、多组分分析，通过数学原理分离，相对化学分离手段，可以减少实验步骤，并且具有快速、环保、低成本、准确等特点，可作为一种快速有效的分析技术，现在主流分峰方法有平行因子法(PARAFAC)，可有效、准确的对三维荧光数据进行分析，但是对数据的采样精度要求高，要求测量波长间隔小，测量时间增长，计算量大，对大批量样品进行处理时，运算时间成本高，难以快速实时的输出结果。

发明内容

为解决传统人工肉眼寻峰方法准确性低、平行因子分析计算量大的弊端，本发明提供一种卷积插值耦合高斯混合模型快速三维荧光寻峰方法。

本发明通过如下技术方案来实现：

一种卷积插值耦合高斯混合模型快速三维荧光寻峰方法，包括如下步骤：

S1、导出三维荧光光谱原始数据，并进行消除瑞利散射、拉曼散射处理；

S2、对所述三维荧光光谱数据的两个维度分别进行双三次卷积插值，提高数据分辨率，该两个维度分别为发射波长、激发荧光波长；

S3、利用主成分分析的统计方法，对双三次卷积处理后的数据进行分析，判断主成分数量；

S4、对双三次卷积插值处理后的三维荧光光谱数据进行标准化或数据格式转换；

S5、采用高斯混合模型运用极大似然估计与EM算法求解对三维荧光光谱数据拟合并进行寻峰并输出可视化结果。

进一步的，在所述的S1步骤中，对原始光谱进行预处理，利用Delaunay三角形内插值法消除瑞利散射，并扣除背景溶剂值消除拉曼散射。

进一步的，在所述的S2步骤中，对所述三维荧光光谱数据的两个维度分别进行双三次卷积插值，提高数据分辨率的步骤中，双三次卷积插值利用插值点周边数据分别对三维荧光数据的两个维度的数据进行处理，提高其分辨率，所述三次卷积插值公式为：

s＝(x-x_j)/h